Medidor de fluxo ultrassônico vs medidor de fluxo eletromagnético

Por que a maioria dos engenheiros erra desde o primeiro dia

Antes de começarmos, deixe-me contar a história de um cliente: um gerente de compras de uma fábrica de produtos químicos entrou em contato conosco porque seu recém-instaladomedidor de fluxo eletromagnéticocontinuou "pulando por todo lado". Quando chegamos ao-local, descobrimos que eles estavam tentando medir água deionizada. A condutividade não foi nem de longe suficiente-amedidor de fluxo eletromagnéticosimplesmente não conseguia funcionar. Esse erro custou US$ 80.000 e dois dias de inatividade.

Muitos compradores ainda fazem seleções de medidores de vazão com base em informações incompletas e, em última análise, isso atinge seus resultados financeiros.Medidores de vazão ultrassônicosemedidores de fluxo eletromagnéticosambos parecem “medir o fluxo”, mas operam com princípios completamente diferentes e se adaptam a cenários muito diferentes. A questão não é qual é o melhor-e sim qual deles realmente corresponde às condições do seu processo.

Como essas tecnologias realmente funcionam?

Medidores de vazão eletromagnéticosoperar de acordo com a Lei de indução eletromagnética de Faraday. Quando um líquido condutor flui através de um campo magnético, ele gera uma tensão proporcional à velocidade do fluxo. Eletrodos montados no corpo do medidor capturam esse sinal de tensão e calculam a vazão.

Aqui está o requisito difícil: a condutividade do líquido deve exceder 5 microsiemens por centímetro. Água pura, hidrocarbonetos, álcoois, todos os gases-nenhum deles funcionará.

Medidores de vazão ultrassônicosvêm em dois tipos.Medidores de tempo-de transporte públicoenviar ondas sonoras diagonalmente através do tubo-os tempos de viagem a montante e a jusante diferem, e o diferencial de tempo calcula a velocidade. Os medidores Doppler refletem o som em partículas ou bolhas no fluido, medindo mudanças de frequência para determinar a velocidade.

Ambas as tecnologias ultrassônicas podem medir fluidos não{0}}condutivos quemedidores de fluxo eletromagnéticosnão consegue lidar. Mas eles são exigentes quanto às condições de instalação.

Comparação de requisitos de tubos retos

(D=diâmetro do tubo)

Você notará que a pinça-ultrassônica exige o dobro da operação direta do eletromagnético. Isso não é difícil para os fabricantes-qualquer perturbação no fluxo torna o sinal acústico não confiável. Já vi clientes instalarem medidores ultrassônicos 3 diâmetros a jusante de uma válvula e o erro de leitura atingiu 15%.

Propriedades do fluido são o fator decisivo

A condutividade é a primeira porta. Abaixo de 5 µS/cm,medidores de fluxo eletromagnéticosestão mortos na água. Entre 5-20 µS/cm eles mal funcionam – o sinal é fraco e sujeito a interferências. Acima de 20 µS/cm você está na zona de conforto paramedidores de fluxo eletromagnéticos.

O conteúdo sólido inverte o script. O afluente da estação de águas residuais pode transportar 8% de sólidos suspensos-medidores de fluxo eletromagnéticosnão se preocupe, lidando com até 15% de sólidos por volume. O ultrassom-de tempo de trânsito começa a apresentar dificuldades acima de 1% de partículas porque as ondas sonoras se espalham e são absorvidas, reduzindo drasticamente a intensidade do sinal.

Na verdade, o ultrassom Doppler precisa de partículas -de pelo menos 25 ppm de matéria suspensa para refletir a onda sonora. Esta tecnologia ocasionalmente funciona para transporte de lama, mas a precisão não pode ser igualadamedidores de fluxo eletromagnéticos.

Faixa de temperatura e pressão

Medidores de vazão eletromagnéticos:

Padrão Menor ou igual a 180 graus (356 graus F)

Alta-temperatura Menor ou igual a 200 graus (390 graus F)

Pressão menor ou igual a 10,2 MPa (1.480 psi)

Medidores de vazão ultrassônicos:

Fixação-menor ou igual a 200 graus (temperatura da parede externa do tubo)

Em linhaMenor ou igual a 150 graus (limitação do transdutor)

Pressão menor ou igual a 16 MPa (2.320 psi)

(Dados compilados das especificações dos produtos Endress+Hauser, Krohne, Emerson)

Os limites de temperatura parecem semelhantes, mas 180 graus para eletromagnetismo refere-se à temperatura do processo, enquanto 200 graus para ultrassom é a superfície externa do tubo. Se você estiver medindo água quente a 180 graus, a braçadeira-dos transdutores ultrassônicos pode não sobreviver-a temperatura da parede externa do tubo pode exceder sua tolerância.

A viscosidade quase não afetamedidores de fluxo eletromagnéticos. 10.000 centipoises de petróleo bruto medem com a mesma precisão que a água. O ultrassom funciona bem até 2.000 centipoise, mas além disso as ondas sonoras atenuam severamente e o caminho do feixe se curva.

O que realmente acontece durante a instalação

Medidores de vazão eletromagnéticosrequerem corte e soldagem de tubos. Uma instalação de medidor de 4-polegadas-incluindo desligamento, corte, soldagem de flange, teste de pressão e inicialização leva pelo menos 6 a 8 horas. Em refinarias ou fábricas de produtos químicos, uma hora de inatividade pode custar US$ 50 mil.

Às vezes, a escolha certa evita perdas enormes. Quando fizemos uma reforma em uma fábrica farmacêutica, eles tinham uma linha de água purificada que precisava de um medidor de vazão, mas a produção não podia parar. Optamos pela instalação-ultra-sônica-de 2 horas. Limpe a parte externa do tubo, aplique o acoplador, fixe os transdutores, conecte-os, configure-nunca toque na tubulação, impacto zero na produção.

Custos contínuos de queda de pressão

Medidores de vazão eletromagnéticosuse projeto-de furo completo, com queda de pressão normalmente de 0,5 a 1,5 psi (0,03 a 0,1 bar). Parece mínimo, mas vamos calcular os números para uma linha de 4 polegadas a 300 GPM (68 m³/h) com queda de 1 psi:

Perda de potência da bomba ≈ 0,4 kW

A US$ 0,10/kWh, 8.000 horas/ano

Custo anual de energia=US$ 320

Em dez anos, isso equivale a US$ 3.200. Não exatamente alguns trocados.

A fixação-do ultrassom cria queda de pressão zero.Medidores de vazão ultrassônicos em linhatem uma leve obstrução, cerca de 0,1-0,5 psi-os custos de energia são de um-terço a um quintomedidores de fluxo eletromagnéticos.

Se você analisar ambas as tecnologias, descobrirá que a manutenção ultrassônica é muito mais simples, com custos totais de manutenção 40% mais baixos do que os eletromagnéticos. Mas em cenários de chorume e águas residuais,medidores de fluxo eletromagnéticosna verdade, custa 25% menos porque a qualidade do sinal ultrassônico se degrada muito rapidamente, exigindo manutenção ou substituição frequente.

Onde cada tecnologia domina

Medidor de fluxo eletromagnéticoTerritório

Os sólidos influentes nas estações de águas residuais oscilam entre 0,1% e 8%-medidores de fluxo eletromagnéticosnão pisque. Uma instalação-de águas residuais de médio porte normalmente funciona de 40 a 60medidores de fluxo eletromagnéticospor 15 anos sem problemas. O ultrassom começa a perder sinal acima de 2% de sólidos.

As pastas de mineração-minério de ferro, cobre e ouro-atingem 30% de sólidos por volume. Revestido-de poliuretanomedidores de fluxo eletromagnéticoslidar com isso; versões revestidas-de cerâmica podem conter 50% de sólidos. A ultrassonografia é completamente impraticável nessas condições.

As operações de alimentos e bebidas valorizam o design sanitário com certificação. 3A-medidores de fluxo eletromagnéticoscom revestimentos de aço inoxidável eletropolido de granulação 150- integrados diretamente em circuitos CIP. Medir leite, suco, cerveja e vinho atende aos requisitos da FDA com precisão adequada.

Medidor de fluxo ultrassônicoTerritório

A transferência de custódia de gás natural usa vários-caminhosmedidores de vazão ultrassônicos para gás-4 a 8 caminhos acústicos cruzam-medições para atingir precisão de ±0,15%. Um gasoduto que movimenta dezenas ou centenas de milhões em valor anual de gás faz com que este investimento valha a pena. Além de zero queda de pressão e nenhum ponto de vazamento. Os medidores certificados OIML e AGA-9 são construídos especificamente para isso.

Grandes sistemas de torres de resfriamento precisam de dezenas de pontos de medição. Instalando 30medidores de fluxo eletromagnéticossignifica centenas de milhares apenas em aquisições, além de modificações massivas nas tubulações. Mude para limitar-o ultrassom e os custos cairão para um-terço. Não é necessário desligamento-para operação de usinas de energia ou instalações químicas, janelas de desligamento simplesmente não existem.

Meios corrosivos ou líquidos ultra-puros requerem eletrodos Hastelloy, platina ou titânio emmedidores de fluxo eletromagnéticos-um medidor de 4 polegadas pode custar entre US$ 8.000 e 15.000.Medidores de vazão ultrassônicoscom peças molhadas em PTFE ou PFA custam 40-60% menos com precisão idêntica.

Integração com Sistemas de Controle

Ambosmedidor de vazãooferecem saída de 4-20mA com protocolo HART, compatível com a maioria dos PLCs e sistemas DCS. Precisa totalizar? Use saída de pulso. Modbus RTU e Profibus são agora padrão, sem barreiras de integração.

A velocidade de resposta difere.Medidores de vazão eletromagnéticosatualize 10-50 vezes por segundo; ultrassônico gerencia 1-5 atualizações. Se você estiver usando o medidor de vazão para controle de malha fechada que exige resposta rápida, o eletromagnetismo é mais adequado. A transferência de custódia valoriza a estabilidade - atualizações ultrassônicas mais lentas realmente ajudam, reduzindo a flutuação.

Medidores de vazão eletromagnéticosmonitoram a impedância do eletrodo, alarme em condições de tubo vazio e alguns modelos rastreiam a degradação do revestimento. Os ultrassom exibem a força da onda sonora e os valores de ganho-um aumento repentino de ganho significa que é hora de limpar os transdutores. As leituras da velocidade do som podem-calcular o tipo de fluido, verificando se você está realmente medindo o que pensa que está medindo.

Seleção do medidor de vazão: Uma abordagem prática

Comece com condutividade. Abaixo de 5 µS/cm, esqueçamedidores de fluxo eletromagnéticos. Entre 5-20, o eletromagnetismo funciona, mas não é confiável - jogue com segurança com o ultrassônico. Acima de 20 µS/cm,medidores de fluxo eletromagnéticosestão prontos para ir.

O conteúdo de sólidos é o portão dois. Acima de 1% de sólidos suspensos, o eletromagnetismo vence. Abaixo de 0,1%, qualquer um funciona. Entre esses números, teste ambas as tecnologias em seu fluido real antes de se comprometer com a implantação da frota. E leve em consideração os custos de desligamento ao fazer sua escolha.

Nova construção onde os mods de tubulação são baratos? Selecione puramente com base nos requisitos técnicos. Instalações operacionais onde o desligamento custa US$ 10,000+ por hora? Não corte o tubo, a menos que seja absolutamente necessário.

Finalmente, calcule o custo total de propriedade. Use suas taxas reais de mão de obra, custos de energia e vida útil esperada. Encontre estudos de caso que correspondam aos da sua aplicação-com mais de cinco-anos de dados operacionais reais.

Medidores de vazão eletromagnéticosoferecem medição-de furo completo, baixa queda de pressão e excelente desempenho em fluidos desafiadores. A ultrassonografia evita a penetração na tubulação, cria queda de pressão zero e mede uma faixa mais ampla de fluidos. Nenhum deles é universalmente melhor-a chave é combinar o princípio de medição com seus requisitos reais.

Para onde a tecnologia está indo

As principais tendências tecnológicas dos últimos anos são claras: consistência de fabricação + modelagem digital + capacidades de diagnóstico avançando em paralelo.Medidores de vazão eletromagnéticosadotam cada vez mais abordagens de "compensação de modelagem/calibração a seco"-tolerâncias geométricas mais rígidas e modelagem de campo magnético/de fluxo melhoram a consistência da fábrica, reduzindo a dependência de umidade individualcalibraçãomantendo a precisão no nível-padrão de engenharia de ±0,5% e reduzindo os custos gerais. A ultrassônica continua evoluindo em direção a mais caminhos-4-caminhos para 8/12-as atualizações de caminho agregam valor não apenas em precisão, mas em robustez contra perfis de fluxo não-ideais e diagnósticos de caminho redundantes, identificando anomalias de caminho, incrustações ou interferência de bolhas para melhorar drasticamente a confiabilidade do campo. Os modelos-de última geração aproximam-se de ±0,1% da leitura em condições de calibração de laboratório. Enquanto isso, a arquitetura-de consumo ultrabaixo e o amadurecimento da tecnologia da bateria permitem que dispositivos ultrassônicos alimentados por bateria tenham uma vida útil próxima de 10 anos, tornando as pesquisas de fluxo temporárias, o monitoramento remoto de pipeline e a implantação sem fio genuinamente práticas.